Поверхностные электромагнитные волны, страница 4

Ïðè ðåçîíàíñíîì óñëîâèè (57) íàáëþäàåòñÿ îñòðûé ìèíèìóì â îòðàæåíèè îò ïîâåðõíîñòè ïðèçìû, ãðàíè÷àùåé ñ ïë¼íêîé, òàê êàê ýåêòèâíîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ îáú¼ìíîãî èçëó÷åíèÿ â ïîâåðõíîñòíóþ ýëåêòðîìàãíèòíóþ âîëíó ïðàêòè÷åñêè äîõîäèò äî 100%. Ñóâåëè÷åíèåì òîëùèíû ïë¼íêè ýåêòèâíîñòü âîçáóæäåíèÿ ÏÏÏ ïàäàåò âñëåäñòâèå ýêñïîíåíöèàëüíîãî çàòóõàíèÿ ñâåòà ïî òîëùèíå ïë¼íêè. ðàìêàõ ýòîé ãåîìåòðèè ÏÏÏ íå ìîãóò âîçáóæäàòüñÿ íà ïîâåðõíîñòèìåæäó ïðèçìîé è ïë¼íêîé, ò.ê. âîëíîâîé âåêòîð ÏÏÏ íà ýòîé ïîâåðõíîñòè áîëüøå âîëíîâîãî âåêòîðà ñâåòà ïðè ëþáûõ óãëàõ ïàäåíèÿ. Äëÿâîçáóæäåíèÿ ÏÏÏ íà âíóòðåííåé ñòîðîíå ìåòàëëè÷åñêîé ïë¼íêè íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü äîïîëíèòåëüíûé äèýëåêòðè÷åñêèé ñëîé, êîòîðûéäîëæåí ðàñïîëàãàòüñÿ ìåæäó ïðèçìîé è ìåòàëëè÷åñêîé ïë¼íêîé, ïîêàçà18èñ.

5. Ñõåìà Êðåò÷ìàíà. Ìåòàëëè÷åñêàÿ ïë¼íêà (îáû÷íî ñåðåáðî èëè çîëîòî) òîëùèíîé îêîëî 50 íì îñàæäåíà íà ïîâåðõíîñòü äèýëåêòðè÷åñêîé ïðèçìû. Íà âñòàâêåïðåäñòàâëåíà çàâèñèìîñòü îòðàæåíèÿ èíòåíñèâíîñòè ïàäàþùåé âîëíû îò óãëà ïàäåíèÿ. Ïðè îïðåäåë¼ííûõ óãëàõ ïàäåíèÿ íàáëþäàåòñÿ ðåçîíàíñíûé ìèíèìóì ïî îòðàæåíèþèñ. 6. Ñõåìà Îòòî. Ìåòàëë è äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðèçìà ðàçäåëåíû âàêóóìíûì (âîçäóøíûì) çàçîðîì (∼200 íì)òåëü ïðåëîìëåíèÿ êîòîðîãî ìåíüøå, ÷åì ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ ïðèçìû. Äëÿ òàêîé ãåîìåòðèè âîçìîæíî âîçáóæäåíèå ÏÏÏ ñ îáåèõ ñòîðîíìåòàëëè÷åñêîé ïë¼íêè, íî ïðè ðàçëè÷íûõ óãëàõ ïàäåíèÿ.Äëÿ âîçáóæäåíèÿ ÏÏÏ íà ïîâåðõíîñòè òîëñòûõ ïë¼íîê èñïîëüçóåòñÿòàê íàçûâàåìàÿ ñõåìà Îòòî (ðèñ.

6), ãäå äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðèçìà îòäåëåíà îò ìåòàëëà âîçäóøíûì çàçîðîì (íà ïðàêòèêå∼200íì). åçîíàíñíîåóñëîâèå âîçáóæäåíèÿ ÏÏÏ â ýòîì ñëó÷àå àíàëîãè÷íî óñëîâèþ (57).5. Ïðàêòè÷åñêîå èñïîëüçîâàíèå ïîâåðõíîñòíûõýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëíÈíòåíñèâíûå òåîðåòè÷åñêèå è ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ, íåïîñðåäñòâåííî ñâÿçàííûå ñ ïîâåðõíîñòíûìè ýëåêòðîìàãíèòíûìè âîëíàìèîïòè÷åñêîãî äèàïàçîíà, ñòèìóëèðîâàíû øèðîêèìè âîçìîæíîñòÿìè èõïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ. Îñíîâíûìè ñâîéñòâàìè, îïðåäåëÿþùèìèïðàêòè÷åñêóþ çíà÷èìîñòü ÏÝÂ, ìîæíî ñ÷èòàòü:191) ëîêàëèçàöèþ è óñèëåíèå ïîëÿ âáëèçè ïîâåðõíîñòè;2) ÿâíî âûðàæåííóþ äèñïåðñèþ, áëàãîäàðÿ ÷åìó äëèíà ÏÝ ìîæåòáûòü çíà÷èòåëüíî ìåíüøå äëèíû ñâåòîâîé âîëíû;3) ðåçîíàíñíûé õàðàêòåð âîçáóæäåíèÿ è, ñëåäîâàòåëüíî, âûñîêàÿ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê èçìåíåíèþ óñëîâèé âîçáóæäåíèÿ.Êàæäîå èç ýòèõ ñâîéñòâ èëè æå èõ ñîâîêóïíîñòü äàþò ïîëîæèòåëüíûé ýåêò â ñàìûõ ðàçëè÷íûõ ïðèëîæåíèÿõ.  ÷àñòíîñòè, â ðàìêàõíàñòîÿùåãî ïîñîáèÿ ìû ðàññìîòðèì ñëåäóþùèå íàïðàâëåíèÿ èñïîëüçîâàíèÿ ÏÝÂ: âûñîêîòî÷íûå èçìåðåíèÿ îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ìåòàëëîâ(èçìåðåíèå êîýèöèåíòà ïîãëîùåíèÿ); áëèæíåïîëüíàÿ ìèêðîñêîïèÿñâåðõâûñîêîãî ðàçðåøåíèÿ è äð.

Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ïåðñïåêòèâûïðèìåíåíèÿ ÏÝ òàêæå ñâÿçàíû ñ ïðèíöèïèàëüíîé âîçìîæíîñòüþ èõèñïîëüçîâàíèÿ äëÿ âûñîêîñêîðîñòíîé (âïëîòü äî 100 Òö) ïåðåäà÷è èíîðìàöèè â ìåæñîåäèíåíèÿõ êîìïüþòåðíûõ ÷èïîâ. Ïðèÿòíî îòìåòèòüçíà÷èòåëüíûé âêëàä â ðàçðàáîòêó âîëíîâåäóùèõ ñòðóêòóð äëÿ ÏÝ âòàêîãî ðîäà ñîåäèíåíèÿõ âûïóñêíèêà ÌÔÒÈ ïðîåññîðà Ñ.

È. Áîæåâîëüíîãî, ðàáîòàþùåãî â íàñòîÿùåå âðåìÿ â Äàíèè (Aalbarg University).5.1. Èçìåðåíèå êîýèöèåíòà ïîãëîùåíèÿÏðè îïðåäåëåíèè îïòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ìåòàëëè÷åñêèõ çåðêàë ñáîëüøèì êîýèöèåíòîì îòðàæåíèÿRçíà÷èòåëüíûå çàòðóäíåíèÿ âûçûâàþò âûñîêîòî÷íûå èçìåðåíèÿ êîýèöèåíòà ïîãëîùåíèÿA = 1−R[10℄. Òðàäèöèîííûå ìåòîäû èçìåðåíèÿ êîýèöèåíòîâ îòðàæåíèÿ è ïîãëîùåíèÿ îñíîâàíû íà îïðåäåëåíèè ðàçíîñòè ìîùíîñòåé ïàäàþùåãî èîòðàæ¼ííîãî ñèãíàëîâ. Èçìåðåíèå êîýèöèåíòîâR = 0, 95 − 0, 99Aîòíîñèòåëüíîé ïîãðåøíîñòüþ 1% ïðèâîäèò ê èçìåðåíèþ âåëè÷èíûññîòíîñèòåëüíîé ïîãðåøíîñòüþ îò 19 äî 99%. Òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ êîýèöèåíòîâ ïîãëîùåíèÿ ìîæåò îêàçàòüñÿ êðèòè÷íîé äëÿ ìåòàëëè÷åñêèõçåðêàë, èñïîëüçóþùèõñÿ â êà÷åñòâå çåðêàë â ðåçîíàòîðàõ ìîùíûõ ëàçåðîâ, ãäå èíòåíñèâíûå ñâåòîâûå ïó÷êè ñïîñîáíû íàãðåòü, äåîðìèðîâàòüè ðàçðóøèòü ìåòàëë.

Èçìåðåíèå ïîãëîùàòåëüíîé ñïîñîáíîñòè ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé ñ ïîìîùüþ ÏÝ îñíîâàíî íà îïðåäåëåíèè äëèíûñâîáîäíîãî ïðîáåãà ÏÝÂöèåíòA.L,êîòîðàÿ òåì áîëüøå, ÷åì ìåíüøå êîýè ñîîòâåòñòâèè ñ ýëåêòðîííîé òåîðèåé ìåòàëëîâ êîýèöèåíòïîãëîùåíèÿA = 2γ/ωp,ãäåγ ÷àñòîòà ñòîëêíîâåíèé ýëåêòðîíîâ âìåòàëëå. Äëèíà ïðîáåãà ÏÝ îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåìL=cωp2.γω 2(58)Îáúåäèíÿÿ äâå ïîñëåäíèå îðìóëû, ïîëó÷èì ñëåäóþùåå âûðàæåíèå20äëÿ êîýèöèåíòà ïîãëîùåíèÿ:A=Äëèíà ïðîáåãà ÏÝÂL2cωp.ω2L(59)ìîæåò áûòü èçìåðåíà ñ òî÷íîñòüþ äî íåñêîëüêèõ ïðîöåíòîâ ñ ïîìîùüþ ïðèçì íàðóøåííîãî ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ [7℄. Òî÷íîñòü îïðåäåëåíèÿ êîýèöèåíòàAëåæèò â ýòèõ æåïðåäåëàõ. Îòìåòèì, ÷òî òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ êîýèöèåíòà ïîãëîùåíèÿñóùåñòâåííûì îáðàçîì çàâèñèò îò òî÷íîñòè îïðåäåëåíèÿ ïëàçìåííîé ÷àñòîòûωpè îäíîðîäíîñòè ñòðóêòóðû ïîâåðõíîñòè.5.2.

Áëèæíåïîëüíàÿ ìèêðîñêîïèÿÅñëè íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà íàõîäèòñÿ òî÷å÷íàÿ âûïóêëîñòü (å¼ðàçìåðû ìíîãî ìåíüøå äëèíû âîëíû ïàäàþùåãî èçëó÷åíèÿ), òî â ýòîììåñòå ðåçîíàíñ â îïèñàííîé âûøå ñõåìå (ðèñ. 5) íàðóøàåòñÿ è îòðàæ¼ííûé ñèãíàë îò ïðèçìû (íàïðèìåð, íà îòîïðèåìíèê) ðåçêî âîçðàñòàåò.Ïðè ñêàíèðîâàíèè ïàäàþùåãî ëó÷à åãî ñìåùåíèå íà ðàññòîÿíèå, ñðàâíèìîå ñ äëèíîé âîëíû ïëàçìîíà, âîññòàíîâèò ðåçîíàíñ è ñèãíàë íà îòîïðèåìíèê. Òàêèì îáðàçîì, ìû ïîëó÷èì ðàçðåøåíèå (óâèäèì ðàçìåð÷àñòèöû) íà äëèíå, ñóùåñòâåííî (â äåñÿòêè ðàç) ìåíüøåé äëèíû âîëíûñâåòà â âàêóóìå.5.3. Ëàçåðíûé ïèíöåòÍàâåäÿ îêàëüíîå ïÿòíî ëàçåðíîãî ëó÷à íà íåéòðàëüíóþ íàíî÷àñòèöó èç ìåòàëëà, ìîæíî âîçáóäèòü â íåé ïëàçìîííûé ðåçîíàíñ, â ðåçóëüòàòå êîòîðîãî ÷àñòèöà ïîëó÷èò ãèãàíòñêèé äèïîëüíûé ìîìåíò (íà 69ïîðÿäêîâ áîëüøå ñòàòè÷åñêîãî) è âòÿíåòñÿ â öåíòð îêàëüíîãî ïÿòíàëàçåðà, ò.å.

áóäåò çàõâà÷åíà ëó÷îì ëàçåðà. Ýòî ëàçåðíûé ïèíöåò, îñíîâíîé èíñòðóìåíò â ñîâðåìåííîé áèîòåõíîëîãèè. Ñ ïîìîùüþ òàêîãîïèíöåòà ìîæíî ïðîâîäèòü îïåðàöèè, íàïðèìåð, íà áåëêîâûõ ìîëåêóëàõ,âíåäðÿòü â íèõ ìåòàëëè÷åñêèå íàíî÷àñòèöû.5.4. Òåðàãåðöåâàÿ ýëåêòðîíèêàÏîñêîëüêó ïëàçìîííûé ðåçîíàíñ ìîæåò âîçáóäèòüñÿ, íàïðèìåð, íà12ö) íà ðàçìåðå òðàíçèñòîðà ïîðÿäêà 1 ìêì èòåðàãåðöåâîé ÷àñòîòå (10ìåíåå, îòêðûâàåòñÿ âîçìîæíîñòü ñîçäàíèÿ òðàíçèñòîðîâ è îòîäåòåêòîðîâ ðàçìåðîì ìåíüøå ìèêðîìåòðà. Ýòî äîâîëüíî øèðîêèé êëàññ òàêíàçûâàåìûõ òåðà-íàíî-ïðèáîðîâ.Ïåðå÷åíü ïðèëîæåíèé ïîâåðõíîñòíûõ ïëàçìîí-ïîëÿðèòîíîâ ìîæíîïðîäîëæèòü. Íåñîìíåííî, áóäóò ïîÿâëÿòüñÿ è íîâûå ïðèëîæåíèÿ êàêñâåòîâûõ ÏÏÏ, òàê è ïîâåðõíîñòíûõ ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí äðóãèõäèàïàçîíîâ.21Ëèòåðàòóðà1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.Ñèâóõèí Ä.Â.1977.

Ñ. 42.Îáùèé êóðñ èçèêè. Ò. III. Ýëåêòðè÷åñòâî. Ì.: Íàóêà,Ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû. Ì.: Ñîâåòñêîå ðàäèî, 1957. ë. 2, 11 è 12.Ôèçè÷åñêèé ýíöèêëîïåäè÷åñêèé ñëîâàðü. Ì.: Ñîâåòñêàÿ ýíöèêëîïåäèÿ,1984. Ñ. 552.Ñèâóõèí Ä.Â. Îáùèé êóðñ èçèêè. Ò. IV. Îïòèêà. Ì.: Íàóêà, 1980. Ñ. 256.Ïîâåðõíîñòíûå ïîëÿðèòîíû: ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû íà ïîâåðõíîñòÿõ è ãðàíèöàõ ðàçäåëà ñðåä / ïîä ðåä.

Â. Ì. Àãðàíîâè÷à, Ä. Ë. Ìèëëñà. Ì.: Íàóêà,1985.Ëèáåíñîí Ì.Í. Ïîâåðõíîñòíûå ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû îïòè÷åñêîãî äèàïàçîíà // Ñîðîñîâñêèé îáðàçîâàòåëüíûé æóðíàë. 1996.  10. Ñ. 9298.Ëèáåíñîí Ì.Í. Ïîâåðõíîñòíûå ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû â îïòèêå // Ñîðîñîâñêèé îáðàçîâàòåëüíûé æóðíàë. 1996.  11. Ñ. 103110.Àëåêñàíäðîâ À.Ô., óõàäçå À.À. Ëåêöèè ïî ýëåêòðîäèíàìèêå ïëàçìîïîäîáíûõñðåä. Ì.: Èçäàòåëüñòâî ÌÓ, 1999.Êèíãñåï À.Ñ., Ëîêøèí .., Îëüõîâ Î.À. Îñíîâû èçèêè. Êóðñ îáùåé èçèêè. Ò. 1.

Ìåõàíèêà, ýëåêòðè÷åñòâî è ìàãíåòèçì, êîëåáàíèÿ è âîëíû, âîëíîâàÿîïòèêà. Ì.: Ôèçìàòëèò, 2001.Áðàíäò Í.Á., Êóëüáà÷èíñêèé Â.À. Êâàçè÷àñòèöû â èçèêå êîíäåíñèðîâàííîãî ñîñòîÿíèÿ. Ì.: Ôèçìàòëèò, 2007. Ñ. 433.Âàéíøòåéí Ë.À.åêîìåíäîâàííàÿ ëèòåðàòóðà11.12.Êëèìîâ Â.Â.Íàíîïëàçìîíèêà.

Ì.: Ôèçìàòëèò, 2009.Surfae plasmons in thin lms // Phys. Rev. 1969. V. 182. Eonomou E.N.P. 539554.13.Raether H. Exitation of Plasmons and Interband Transitions by Eletrons. Berlin: SpringerVerlag, 1980.14. Zayats A.V., Smolyaninov I.I., Maradudin A.A. Nano-optis of surfae plasmonpolaritons // Phys. Rep. 2005. Ò. 408. Ñ. 131314.15. Maier S.A.

Plasmonis: Fundamentals and Appliations. New York: Springer,2007.16. Bozhevolnyi S.I. Plasmoni nanoguides and iruits. Singapore: Pan StanfordPublishing, 2008.22Ñîäåðæàíèå1. Ââåäåíèå . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .32. Ïîâåðõíîñòíûå ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû íà ïëîñêîé ïîâåðõíîñòèðàçäåëà ìåæäó äâóìÿ äèýëåêòðèêàìè: óñëîâèÿ ñóùåñòâîâàíèÿ,äèñïåðñèîííîå óðàâíåíèå è îñíîâíûå ñâîéñòâà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43. Ïîâåðõíîñòíûå ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû íà ãðàíè÷íîéïîâåðõíîñòè ìåòàëëäèýëåêòðèê . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124. Ñõåìû âîçáóæäåíèÿ ïîâåðõíîñòíûõ ïëàçìîíîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175. Ïðàêòè÷åñêîå èñïîëüçîâàíèå ïîâåðõíîñòíûõ ýëåêòðîìàãíèòíûõâîëí . . . . . . . . . . . .